发动机原理

一、发动机性能

1.发动机性能评价的主要指标:

动力性指标: 功率P、转矩T tq、转速n、平均有效压力p e

经济性指标：燃油消耗率b、（润滑油消耗率）

环保性指标：有害排放物（CO、HC、NO x微粒）、噪声、振动

使用性指标：可靠性、耐久性、维修方便性

2.循环：

理想工质：①理想气体：空气

②物性参数不随着压力、温度的变化而变化

理想循环：①封闭系统

②进排气门的关闭看作瞬时的过程

③压缩、膨胀看作绝热等熵过程

加热过程：方式：①等容放热过程：等容

②等压

③混合

a图：说明定容加热的热效率最高

b图：说明汽柴油机在Q1相同、最高压力相同下，汽油机热效率比柴油机热效率低，而且实际中P zmax柴>P zmax汽，所以汽油机热效率比柴油机热效率就更低了。

3. 理论循环分析的指导意义

指出了改善发动机动力性、经济性的基本原则和方向

a.在允许的条件下，尽可能提高压缩比ε

b.合理组织燃烧，提高循环加热等容度（减少预膨胀比ρ和合理选择燃烧始点）

c.保证工质具有较高的绝热指数K

4.自然吸气四冲程发动机pv 图废气涡轮增压四冲程发动机pv 图

5.指示指标

1）指示功(kJ) W i (一个实际循环工质对活塞所做的有用功,即净指示功,相当于示功图面积A1±A3)

2）平均指示压力(MPa) p mi=W i/ V s

3）平均指示功率(kw) P i = p mi V s in/30τ

4）指示热效率ηi=W i/Q1 =3.6/ b i hμ

5）指示燃料消耗率(g/(kw·h) ) b i=B/P i（单位指示功的耗油量）B—每小时耗油量（kg/h）

6.有效指标：

动力性指标：

（1）有效功率(kJ) P e (曲轴输出功)= P i - P m

（2）平均有效压力(MPa) p me=W e/ V s

（3）有效功率(kw) P e= p me V s in/30τ

（4）有效扭矩(N.m) P e= 2πnT tq/60*1000 = T tq n/9550

（5）转速n(转/min)和活塞平均速度C m (m/s)C m = Sn/30

经济性指标

（6）有效热效率ηe=We/Q1 =3.6/ behμ

（7）有效燃料消耗率(g/(kw·h) ) be=B/Pe

发动机的强化指标

（1）升功率P L(kw.L)和比质量m e (kg/kw)

P L = P e/V s i= p me V s in/30V s iτ = p me n/30τm e = m/ P e

m—发动机的干质量，不含冷却水和润滑油的发动机质量

（2）强化系数p me C m

p me C m越高，发动机的热负荷和机械负荷越大，发动机的发展趋势是强化系数的提高，故p me C m的提高也标志了技术的进步。

7.机械损失：

(1) 组成与份额：

Pm(机械损失功）：指示功率不能完全对外输出，功在发动机内部传递过程中，不可避免有以下损失：

内部运动零件的摩擦损失；驱动附属机构的损失；泵气损失

a.发动机内部运动零件的摩擦损失(占P m的62~75%)

活塞组件与缸壁的摩擦(45~60% ) 、曲柄连机组轴承的摩擦、

(15~20% )气阀机构的摩擦(2~3% )等。

b.驱动附件的损失(占P m的10~20%)

c.水泵、水箱风扇、机油泵、柴油机喷油泵、空调、转向助力泵等

泵气损失(占P m的10~20%) A3+A2

(2) 测量方法：

a.示功图法

b.倒拖法：发动机按测试工况运行到正常稳定状态(水温、油温正常) ,断油或切断点火，立即将测功机转为电

动机运行，反拖发动机到同样转速，则测得的反拖功率即为机械损失功率。显然，这种测试方法必

然将泵气损失功包含在内了。

误差：（a）无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大，摩擦损失增加

（b）缸内工质温度低，工质密度大，排气压力加大，泵气损失增加。

（汽油机压缩比小，所以误差小，柴油机则误差较大。）

c.灭缸法：用于多缸机

设N缸发动机正常运转时，测出有效功率Pe。然后第i缸灭火（停止供油或点火），在相同转速下

测定工作的N-1个气缸的有效功率（Pe）-i, 此时认为总的Pm 不变，则灭缸后所减少的输出功

率量为被灭缸的指示功率P i

误差：灭缸后进排气波动效应会影响各缸进气的均匀性，从而引起额外的测试误差。

小结：

1）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法和油耗线法（不成直线）

2）小型柴油机适合灭缸法、反拖法，自然吸气柴油机多在生产、调试中使用油耗线法，作为产品质量监控的手段。

3）废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法，因为这两种方法都破坏了增压系统的正常工作。

低增压可以用油耗线法。高增压机型，除示功图法外，尚无更好的方法。

（3）影响因素：a.转速 b.负荷

c.润滑条件及冷却水温度：

机油选用原则：①在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，

尽量选用粘度系数小的润滑油，以减少摩擦损失，改善起动性能。

③强化系数高，轴承负荷大时，用粘度较大的润滑油；

④转速高，配合间隙小时，用粘度较小的润滑油。

冷却水温度影响燃烧过程和传热损失，也与润滑油的用油温度有关，也就关系到摩擦损失

的大小，提高水温，对性能有益，但受水的沸点的限制，水温在80~95℃

正常机油温度在85~110 ℃，高品质油可允许在更高温度下工作

二、发动机的换气过程

换气过程的目的:

•最大限度地吸入新鲜充量

•最小的换气损失

•各缸进气的均匀性

•在缸内形成合理的流场，以控制混合气的形成和燃烧

1.四行程发动机的换气过程

1）换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转角410～480°。

换气系统：进气系统+燃烧室+排气系统；

α —进气提前角0〜40º

β —进气迟闭角20〜60º

γ —排气提前角30〜80º

δ—排气迟闭角10〜35º

自然吸气式发动机的配气定时